6. Режимы работы залежей
Режимом работы залежи называется проявление преобладающего вида пластовой энергии в процессе разработки.
6.1 Источники и характеристики пластовой энергии
Энергия – это физическая величина, определяющая способность тел совершать работу. Работа, применительно к нефтедобыче, представляется как разность значений энергии или освободившаяся энергия, необходимая для перемещения нефти в пласте и дальше на поверхность. Различаем естественную и, в случае ввода извне, с поверхности, искусственную пластовую энергию. Они выражаются в виде потенциальной энергии как энергии положения и энергии упругой деформации.
Потенциальная энергия положения
,
(6.1)
где
–
масса тела (пластовой или закачиваемой
с поверхности воды, нефти, свободного
газа);
– ускорение свободного падения;
–
высота, на которую поднято тело по
сравнению с произвольно выбранной
плоскостью начала отсчета (для жидких
тел – это гидростатический напор).
Поскольку масса тела
,
,
то энергия положения равна произведению
объема тела V на создаваемое давление
:
, (6.2)
где
– плотность тела. То есть чем больше
масса тела и высота его положения (напор)
или объем тела и создаваемое им давление,
тем больше потенциальная энергия
положения.
Потенциальная энергия упругой деформации
,
(6.3)
где
– сила, равная произведению давления
на площадь
;
– линейная деформация (расширение).
Так как приращение
объема
,
то
.
(6.4)
Приращение объема
при упругой деформации можно представить,
исходя из закона Гука, через объемный
коэффициент упругости среды
,
(6.5)
то
.
(6.6)
Следовательно, чем
больше упругость и объем
среды (воды, нефти, газа, породы), давление
и возможное снижение давления
,
тем больше потенциальная энергия упругой
деформации. Количество пластовой воды
и свободного газа определяется
соответственно размерами водоносной
области и газовой шапки, а количество
растворенного в нефти газа – объемом
нефти
и давлением
насыщения
нефти газом (по закону Генри) или
газосодержанием (газонасыщенностью)
пластовой нефти
(объемное количество растворенного
газа, измеренного в стандартных условиях,
которое содержится в единице объема
пластовой нефти):
,
(6.7)
где
– коэффициент растворимости газа в
нефти.
Отсюда следует, что основными источниками пластовой энергии служат:
энергия напора (положения) пластовой воды (контурной, подошвенной);
энергия напора (положения) нефти.
энергия расширения свободного газа (газа газовой шапки);
энергия расширения растворенного в нефти газа;
энергия упругости (упругой деформации) жидкости (воды, нефти) и породы;
Эти виды энергии могут проявляться в залежи совместно, а энергия упругости нефти, воды, породы наблюдается всегда. В нефтегазовых залежах в присводовой части активную роль играет энергия газовой шапки, а в приконтурных зонах – энергия напора или упругости пластовой воды. В зависимости от темпа отбора нефти добывающие скважины, расположенные вблизи внешнего контура нефтеносности, могут создавать такой экранирующий эффект, при котором в центре залежи действует в основном энергия расширения растворенного газа, а на периферии – энергия напора или упругости пластовой воды.
На основании изложенного можно сказать, что значение пластовой энергии зависит от давления, упругости жидкости (нефти, воды) и породы, газосодержания, объемов воды и газа, связанных с нефтяной залежью. Искусственная энергия вводится в пласт при закачке в нагнетательные скважины воды, газа, пара и различных растворов.
Пластовая энергия
расходуется на преодоление разного
рода сил сопротивления, гравитационных,
капиллярных сил при перемещении нефти
и проявляется в процессе снижения
давления, создания депрессии на
пласт-коллектор
(разности между пластовым
и забойным
давлениями).
По преобладающему виду энергии различают следующие режимы работы нефтяных залежей: упругий, водонапорный, растворенного газа, газонапорный, гравитационный, смешанные. Такое деление на режимы в «чистом виде» весьма условно. При реальной разработке месторождений в основном отмечают смешанные режимы.